can 通讯（can通讯协议）



        CAN总线（Controller Area Network Bus）控制器局域网总线 CAN总线是由BOSCH公司开发的一种简洁易用、传输速度快、易扩展、可靠性高的串行通信总线，广泛应用于汽车、嵌入式、工业控制等领域 CAN总线特征： 两根通信线（CAN_H、CAN_L），线路少，无需共地 差分信号通信，抗干扰能力强，用电压差值传递数据 高速CAN（ISO11898）：125k~1Mbps, <40m，用处多，着重学 低速CAN（ISO11519）：10k~125kbps, <1km 异步，无需时钟线，通信速率由设备各自约定 半双工，可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序 11位（标准格式）/29位（扩展格式）报文ID，用于区分消息功能，同时决定优先级 可配置1~8字节的有效载荷

广播式(发送者向接收者写入数据，这个lan网络下的其他设备被动接收，可根据ID确定要不要接收)和

请求式（发一个数据就需要先请求再接收）两种传输方式 应答、CRC校验、位填充、位同步、错误处理等特性主流通信协议对比 

对比其他串行通信协议：

UART

IIC

SPI

        CAN 通讯并不是以时钟信号来进行同步的，它是一种半双工异步通讯，只具有CAN_High 和CAN_Low 两条信号线，共同构成一组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯。

发送数据时：控制器把要发送的二进制编码通过CAN_Tx 线发送到收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线CAN_High 和CAN_Low 线输出到CAN 总线网络。

接收数据时：收发器把总线上收到的CAN_High 及CAN_Low 信号转化成普通的逻辑电平信号，通过CAN_Rx 输出到控制器中

怎么确定和哪个从机通信，读写关系确定？

can类似于广播，发送者向信道写入数据，这个lan网络下的其他设备被动接收(可以根据ID确定要不要接收)

两种CAN的连接结构

1.开环总线网络：低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为1km，最高通讯速率为125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2 千欧”的电阻。

低速CAN使用开环总线网络

2.闭环总线网络：高速、短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为40m，通信速度最高为1Mbps，总线的两端各要求有一个“120 欧”的电阻。

电阻的作用

1.防止回波反射 尤其是 高频信号、远距离传输的场景 如果不加终端电阻 信号波形会在线路终端反射，进而干扰原始信号 。加了终端电阻 且 阻抗匹配 则电平跳变会比较平稳 2.在没有设备操作时 将两根差分线的电压 “收紧” （收紧为 电平1 呈隐性） 使其电压一致。 收紧：在没有设备操作总线的情况下 电阻就和弹簧一样 将两根线(CAN_H CAN_L) 的电压拉到同一个电平 和I2C的上拉电阻很像。

差分协议

表示逻辑1 时(隐性电平)，CAN_High 和CAN_Low 线上的电压均为2.5v，即它们的电压差VH-VL=0V；

表示逻辑0 时(显性电平)，CAN_High 的电平为3.5V，CAN_Low 线的电平为1.5V，即它们的电压差为VH-VL=2V。

例如，当CAN 收发器从CAN_Tx 线接收到来自CAN 控制器的低电平信号时(逻辑0)，它会使CAN_High 输出3.5V，同时CAN_Low 输出1.5V，从而输出显性电平表示逻辑0。

        在原始数据段的前面加上传输起始标签、片选标签和控制标签，在数据的尾段加上CRC校验标签、应答标签和传输结束标签，把这些内容按特定的格式打包好，就可以用一个通道表达各种信号了，当整个数据包被传输到其它设备时，只要这些设备按格式去解读，就能还原出原始数据，这样的报文就被称为CAN 的“数据帧”。

为了更有效地控制通讯，CAN 一共规定了5 种类型的帧：

数据帧的结构

        数据帧是在CAN 通讯中最主要、最复杂的报文。

帧起始

        SOF 段(Start Of Frame)，译为帧起始，帧起始信号只有一个数据位，是一个显性电平（0），它用于通知各个节点将有数据传输。

        

仲裁段（ID）

        当同时有两个报文被发送时，总线会根据仲裁段的内容决定哪个数据包能被传输，这也是它名称的由来。

        仲裁段的内容主要为本数据帧的ID 信息(标识符)，数据帧具有标准格式和扩展格式两种，区别就在于ID 信息的长度，标准格式的ID 为11 位，扩展格式的ID 为29 位，它在标准ID 的基础上多出18 位。

        在CAN 协议中，ID 起着重要的作用，它决定着数据帧发送的优先级，也决定着其它节点是否会接收这个数据帧。CAN 协议不对挂载在它之上的节点分配优先级和地址，对总线的占有权是由信息的重要性决定的，即对于重要的信息，我们会给它打包上一个优先级高的ID，使它能够及时地发送出去。也正因为它这样的优先级分配原则，使得CAN 的扩展性大大加强，在总线上增加或减少节点并不影响其它设备。

        如果总线上同时出现显性电平（0）和隐性电平（1），总线的状态会被置为显性电平，CAN 正是利用这个特性进行仲裁。若两个节点同时竞争CAN 总线的占有权，当它们发送报文时，若首先出现隐性电平，则会失去对总线的占有权。

        具体方式是当多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁段的第一位开始进行仲裁。连续输出显性 电平最多的单元可继续发送。

        仲裁段ID 的优先级也影响着接收设备对报文的反应。因为在CAN 总线上数据是以广播的形式发送的，所有连接在CAN 总线的节点都会收到所有其它节点发出的有效数据，因而我们的CAN控制器大多具有根据ID 过滤报文的功能，它可以控制自己只接收某些ID 的报文。

回看上图数据帧的结构中的数据帧格式，可看到仲裁段除了报文ID 外，还有RTR、IDE 和SRR 位。

(1) RTR 位(Remote Transmission Request Bit)，译作远程传输请求位，它是用于区分数据帧和遥控帧的，当它为显性电平（0）时表示数据帧，隐性电平（1）时表示遥控帧。

(2) IDE 位(Identifier Extension Bit)，译作标识符扩展位，它是用于区分标准格式与扩展格式，当它为显性电平时表示标准格式，隐性电平时表示扩展格式。

(3) SRR 位(Substitute Remote Request Bit)，只存在于扩展格式，它用于替代标准格式中的RTR 位。由于扩展帧中的SRR 位为隐性位，RTR 在数据帧为显性位，所以在两个ID 相同的标准格式报文与扩展格式报文中，标准格式的优先级较高。

控制段

        在控制段中的r1 和r0 为保留位，默认设置为显性位。它最主要的是DLC段(Data Length Code)，译为数据长度码，它由4 个数据位组成，用于表示本报文中的数据段含有多少个字节，DLC 段表示的数字为0~8。

数据段

数据段为数据帧的核心内容，它是节点要发送的原始信息，由0~8 个字节组成，MSB 先行。

CRC段（校验段）

        为了保证报文的正确传输，CAN 的报文包含了一段15 位的CRC 校验码，一旦接收节点算出的CRC 码跟接收到的CRC 码不同，则它会向发送节点反馈出错信息，利用错误帧请求它重新发送。CRC 部分的计算一般由CAN 控制器硬件完成，出错时的处理则由软件控制最大重发数。

（错误帧的用途：某个设备检测出错误时向其他设备通知错误。当某个设备发现总线上的波形不对，产生错误了，他就会发出错误帧，错误帧可以叠加在数据帧上，并且可以破坏数据帧的数据，意思就是我发现这一帧数据有错，现在我破坏了这个数据，大家都不要用了，这是一种错误处理机制。）

        在CRC 校验码之后，有一个CRC 界定符，它为隐性位（1），主要作用是把CRC 校验码与后面的ACK段间隔起来。

ACK段（确认信号）

        ACK 段包括一个ACK 槽位和一个ACK 界定符位。类似I2C 总线，在ACK 槽位中，发送节点发送的是隐性位（1），而接收节点则在这一位中发送显性位（0）以示应答。在ACK 槽和帧结束之间由ACK 界定符间隔开。

帧结束

EOF 段(End Of Frame)，译为帧结束，帧结束段由发送节点发送的7 个隐性位表示结束

        由于CAN 属于异步通讯，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步通讯那样，节点间使用约定好的波特率进行通讯，特别地，CAN 还会使用“位同步”的方式来抗干扰、吸收误差，实现对总线电平信号进行正确的采样，确保通讯正常。

位时序

        为了实现位同步，CAN 协议把每一个数据位的时序分解成 位时序分解图所示的SS 段（同步段）、PTS 段（传播时间段）、PBS1 段（相位缓冲段1）、PBS2 段（相位缓冲段2），这四段的长度加起来即为一个CAN 数据位的长度。分解后最小的时间单位是Tq。

        1 位分为4 个段，每个段又由若干个Tq 构成，这称为位时序。

        1 位由多少个Tq 构成、每个段又由多少个Tq 构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可同时采样，也可任意设定采样点。

        上图第一张图设定CAN 通讯信号每一个数据位的长度为10Tq，其中SS 段占1Tq，PTS 段占3Tq，PBS1段占3Tq，PBS2 段占3Tq。

        信号的采样点位于PBS1 段与PBS2 段之间，通过控制各段的长度，可以对采样点的位置进行偏移，以便准确地采样，例如上图第二第三张图。

CAN通信频率：CAN总线时钟分频 = 42MHz /PSC(不需要+1) = 42 / 6 =7MHz

CAN通信单位时间Tq： 1/ 频率 = 1/ 7MHz = 1/7us

can把每个电平划分为了四个段:SS(起始段，固定一个Tq)、PTS(传播时间段)、PBS1、PBS2(至少两个Tq)

采样在PBS1和PBS2之间完成，PBS1可以延长、PBS2可以缩短(延长缩短的极限是SJW，TIPS:以上所有的值都是多少个单位时间Tq)。利用划分的四段，保证电平变换在SS段完成，采样点在PBS1和PBS2之间。

各段的作用如介绍下：

• SS 段

SS 译为同步段，若通讯节点检测到总线上信号的跳变沿被包含在SS 段的范围之内，则表示节点与总线的时序是同步的，当节点与总线同步时，采样点采集到的总线电平即可被确定为该位的电平。SS 段的大小固定为1Tq。

• PTS 段

PTS 译为传播时间段，这个时间段是用于补偿网络的物理延时时间。是总线上延时总和的两倍。PTS 段的大小可以为1~8Tq。

• PBS1 段

PBS1 译为相位缓冲段，主要用来补偿边沿阶段的误差，它的时间长度在重新同步的时候可以加长。PBS1 段的初始大小可以为1~8Tq。

• PBS2 段

PBS2 这是另一个相位缓冲段，也是用来补偿边沿阶段误差的，它的时间长度在重新同步时可以缩短。PBS2 段的初始大小可以为2~8Tq。

通讯的波特率

总线上的各个通讯节点只要约定好1 个Tq 的时间长度以及每一个数据位占据多少个Tq，就可以确定CAN 通讯的波特率。

例如，假设上图中的1Tq=1us，而每个数据位由10 个Tq 组成，则传输一位数据需要时间T=10us，从而每秒可以传输的数据位个数为：

1x10^6/10 = (bps)

这个每秒可传输的数据位的个数即为通讯中的波特率。

取得同步的方法

1.硬同步

节点将自己的位时序种的SS段平移至总线出现下降沿的部分，获得同步

硬同步只是当存在“帧起始信号”时起作用，无法确保后续一连串的位时序都是同步的，而重新同步方式可解决该问题。

2.再同步

前面的硬同步只是当存在帧起始信号时才起作用，如果在一帧很长的数据内，节点信号与总线信号相位有偏移时，这种同步方式就无能为力了。因而需要引入再同步方式，它利用普通数据位的隐性至显性电平的跳变沿来同步。重新同步与硬同步方式相似的地方是它们都使用SS 段来进行检测，同步的目的都是使节点内的SS 段把跳变沿包含起来。

同步的方式分为超前和滞后两种情况，以总线跳变沿与SS 段的相对位置进行区分。

• 相位超前：

假设节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对超前2Tq，这时控制器在下一个位时序中的PBS1 段增加2Tq 的时间长度，使得节点与总线时序重新同步。

• 相位滞后：

假设节点从总线的边沿跳变中，检测到它的时序比总线的时序相对滞后2Tq，这时控制器在前一个位时序中的PBS2 段减少2Tq 的时间长度，获得同步。

        在重新同步的时候，PBS1 和PBS2 中增加或减少的这段时间长度被定义为“重新同步补偿宽度SJW (reSynchronization Jump Width)”。一般来说CAN 控制器会限定SJW 的最大值，如限定了最大SJW=3Tq 时，单次同步调整的时候不能增加或减少超过3Tq 的时间长度，若有需要，控制器会通过多次小幅度调整来实现同步。当控制器设置的SJW 极限值较大时，可以吸收的误差加大，但通讯的速度会下降。

(1) CAN_FilterIdHigh

用于存储要筛选的ID，若筛选器工作在32 位模式，它存储的是所筛选ID 的高16 位；若筛选器工作在16 位模式，它存储的就是一个完整的要筛选的ID。

(2) CAN_FilterIdLow

也是用于存储要筛选的ID，若筛选器工作在32 位模式，它存储的是所筛选ID 的低16 位；若筛选器工作在16 位模式，它存储的就是一个完整的要筛选的ID。

(3) CAN_FilterMaskIdHigh

CAN_FilterMaskIdHigh 分两种情况，当筛选器工作在标识符列表模式时，它的功能与CAN_FilterIdHigh 相同，都是存储要筛选的ID；而当筛选器工作在掩码模式时，它存储的是CAN_FilterIdHigh 成员对应的掩码，与CAN_FilterMaskIdLow 组成一组筛选器。

4) CAN_FilterMaskIdLow

CAN_FilterMaskIdLow 存储的内容也分两种情况，当筛选器工作在标识符列表模式时，它的功能与CAN_FilterIdLow 相同，都是存储要筛选的ID；而当筛选器工作在掩码模式时，它存储的是CAN_FilterIdLow 成员对应的掩码，与CAN_FilterMaskIdHigh组成一组筛选器。

不同模式下各结构体成员的内容：

用库函数CAN_FilterInit 即可把这些参数写入到筛选控制寄存器中。

数据收发流程

封装或者解析相应的数据报，收（判断FIFO缓冲区有没有数据，没数据就收不了），发（返回发送所用的邮箱号，读取和存储报文数据段的内容）

can.c

main.c

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